Специалисты из ФИЦ Биотехнологии РАН провели исследование, которое показало, что особые микроскопические РНК, производимые возбудителем туберкулеза, оказывают влияние не только на способность бактерий заражать организм-хозяина, но и на иммунный ответ, формируя таким образом степень тяжести инфекционного процесса. Удаление этих малых РНК из генома Mycobacterium tuberculosis привело к тому, что данная бактерия приобрела возможность вызывать инфекцию и подавлять активность иммунных клеток мышей, что стало причиной их преждевременной гибели. О результатах данной научной работы было сообщено грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в научном издании Frontiers in Cellular and Infection Microbiology.

Туберкулезный микобактерий обладает способностью адаптироваться к условиям внутри организма и длительно сохраняться в клетках иммунной системы, скрывая свое присутствие. Значительную роль в этом процессе играют малые некодирующие РНК – короткие регуляторные молекулы, которые помогают бактерии оперативно корректировать активность собственных генов под воздействием меняющихся условий окружающей среды и обеспечивают ее выживание даже при неблагоприятных факторах. Две такие РНК, MTS0997 и MTS1338, являются характерными особенностями для бактерий, вызывающих туберкулез как у людей, так и у животных; у других видов бактерий эти малые РНК не встречаются. Примечательно, что концентрация молекул MTS0997 и MTS1338 значительно возрастает в бактериях, выделенных из организма больных туберкулезом мышей, по сравнению с теми же бактериями до их попадания в организм животного; однако роль этих малых РНК в функционировании самой бактерии и ее взаимодействии с хозяином оставалась ранее недостаточно изученной.

Сотрудники Федерального исследовательского центра «Институт биологии и биотехнологии» РАН, совместно с научными работниками из Института биоорганической химии РАН и Центрального научно-исследовательского института туберкулеза, провели исследование для решения определенной научной проблемы. В рамках работы были получены три генетически модифицированные линии микобактерий туберкулеза: штаммы с удаленным геном MTS0997, с удаленным геном MTS1338 и варианты, в которых отсутствовали оба этих гена. Для оценки влияния внесенных изменений была проведена сравнительная оценка активности генов полученных генетически измененных клеток по отношению к исходной форме туберкулезной палочки, после чего изучено взаимодействие с макрофагами – ключевыми компонентами иммунной системы организма.

Наиболее выраженные изменения были зафиксированы при удалении гена MTS0997. У такой модифицированной микобактерии наблюдалась измененная активность генов, отвечающих за процессы дыхания и энергетический обмен. Одновременно отмечалось увеличение активности системы ESX-1, которая играет роль в секреции белков, участвующих в повреждении клеток хозяина бактериями и развитии туберкулеза.

В отношении макрофагов наиболее значительные изменения были отмечены при инфицировании микобактерией туберкулеза с удаленными обеими малыми РНК. Данные бактерии провоцировали нарушение баланса в иммунной системе, подавляя неспецифический иммунитет и снижая активность генов, отвечающих за сигнализацию о проникновении возбудителя инфекции в клетки иммунной системы.

На последующем этапе исследования ученые проанализировали, как эти изменения проявляются при инфицировании целого организма. Для этого с использованием специальной ингаляционной установки была проведена индукция туберкулезом у мышей. После заражения проводился мониторинг выживаемости животных, количества микобактерий в легких и состава иммунных клеток в легочной ткани. Результаты показали, что все три генетически модифицированные разновидности туберкулезной палочки приводили к более ранней гибели мышей по сравнению с контрольной группой, зараженной исходной микобактерией туберкулеза, хотя через шесть недель количество бактерий в легких не демонстрировало статистически значимых различий между группами.

В результате исследований у инфицированных животных наблюдались изменения в активности генов, кодирующих ряд провоспалительных цитокинов – особых сигнальных белков, инициирующих иммунный ответ организма. Также отмечалось изменение соотношения различных популяций иммунных клеток в легких. Эти данные свидетельствуют о нарушении равновесия между организмом-хозяином и возбудителем, что затрудняет формирование эффективных гранулем – плотных структур из макрофагов и других иммунных клеток, которые окружает и изолируют внутри туберкулезные палочки, предотвращая их дальнейшее распространение. Кроме того, это способствует переходу к прогрессирующей форме туберкулеза.

«Наши результаты показывают, что малые РНК MTS1338 и MTS0997 Микобактерии туберкулеза участвуют не только в регулировании процессов, происходящих внутри самой бактерии, но и во взаимодействии с организмом-хозяином, оказывая на компоненты его иммунного ответа. Данное открытие позволяет глубже разобраться в причинах того, почему изменения в работе отдельных регуляторных молекул могут влиять на степень тяжести инфекции, даже при условии сохранения примерно одинакового количества бактерий в легких. , – комментирует Елена Салина, доктор биологических наук и руководитель группы биохимии адаптации микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН, являющаяся первым автором научной публикации.

Пресс-служба Федерального исследовательского центра биотехнологий Российской академии наук предоставила информацию и фотографии.